新教材高中物理第2章氣體液體和固態(tài)第2節(jié)氣體實驗定律（Ⅱ）教師用書粵教版選擇性

第二節(jié)氣體實驗定律(Ⅱ)[核心素養(yǎng)·明目標]核心素養(yǎng)學習目標物理觀念知道熱力學溫度、等容過程、等壓過程．理解查理定律和蓋-呂薩克定律及相關(guān)圖像，并能解釋相關(guān)的自然現(xiàn)象科學思維掌握查理定律、蓋-呂薩克定律、p-T、V-T圖像，能利用公式與圖像進行相關(guān)計算，解決相關(guān)問題科學探究通過實驗探究壓強與溫度關(guān)系、體積與溫度的關(guān)系，提高動手實驗的能力，并能與他人交流改進實驗科學態(tài)度與責任體驗科學家探究實驗定律的過程，能領會實驗的真正意義，培養(yǎng)學習科學的興趣和正確的科學態(tài)度知識點一查理定律1．等容過程．氣體在體積保持不變的情況下發(fā)生的狀態(tài)變化過程．2．熱力學溫度．(1)公式：T＝t，單位：開爾文，簡稱：開，符號K.(2)熱力學溫度與攝氏溫度：①ΔT＝Δt.②意義：用攝氏溫度表示的溫差等于熱力學溫度表示的溫差．3．查理定律．(1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的情況下，其壓強p與熱力學溫度T成正比．(2)公式：eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2).(3)p-T圖像．從圖甲可以看出，在等容過程中，壓強p與攝氏溫度t是一次函數(shù)關(guān)系，不是簡單的正比例關(guān)系．但是，如果把圖甲中的直線AB延長至與橫軸相交，把交點當作坐標原點，建立新的坐標系(如圖乙所示)，那么這時的壓強與溫度的關(guān)系就是正比例關(guān)系了．圖乙坐標原點的意義為氣體壓強為0時，其溫度為0K．可以證明，新坐標原點對應的溫度就是0K.甲乙(4)適用條件：氣體的質(zhì)量一定，氣體的體積不變．氣體做等容變化時，壓強p與熱力學溫度T成正比，即p∝T，不是與攝氏溫度t成正比，但壓強變化量Δp與熱力學溫度變化量ΔT和攝氏溫度的變化量Δt都是成正比的，即Δp∝ΔT、Δp∝Δt.知識點二蓋-呂薩克定律1．等壓過程：氣體在壓強不變情況下發(fā)生的狀態(tài)變化過程．2．蓋-呂薩克定律．(1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的氣體，在壓強不變的情況下，其體積V與熱力學溫度T成正比．(2)公式：eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)．(3)適用條件：氣體質(zhì)量一定，氣體壓強不變．(4)V-T圖像．由V＝CT可知在V-T坐標系中，等壓線是一條通過坐標原點的傾斜的直線．對于一定質(zhì)量的氣體，不同等壓線的斜率不同．斜率越小，壓強越大，如圖所示，p2>(選填“>”或“<”)p1.在V-T圖像中V∝T，不與t成正比，但是有ΔV∝ΔT，ΔV∝Δt.1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)在質(zhì)量和體積不變的情況下，氣體的壓強與攝氏溫度成正比． ()(2)等容變化的p-T圖線是一條過坐標原點的傾斜直線． ()(3)一定質(zhì)量的氣體，若體積變大，則溫度一定升高． ()(4)一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強不變時，其V-T圖像是過原點的傾斜直線． ()[答案](1)×(2)√(3)×(4)√2．(多選)關(guān)于熱力學溫度下列說法中正確的是()A．－33℃＝240KB．溫度變化1℃，也就是溫度變化1KC．攝氏溫度與熱力學溫度都可能取負值D．溫度由t℃升至2t℃，對應的熱力學溫度升高了273K＋tAB[T＝273K＋t，由此可知：－33℃＝240K，A正確，同時B正確；D中初態(tài)熱力學溫度為273K＋t，末態(tài)為273K＋2t，溫度變化為t，故D錯；對于攝氏溫度可取負值的范圍為0℃到－273℃，因絕對零度達不到，故熱力學溫度不可能取負值，故C錯．]3．在密封容器中裝有某種氣體，當溫度從50℃升高到100℃時，氣體的壓強從p1變到p2，則eq\f(p1,p2)為________．[解析]由于氣體做等容變化，所以eq\f(p1,p2)＝eq\f(T1,T2)＝eq\f(t1＋273,t2＋273)＝eq\f(323,373)．[答案]eq\f(323,373)考點1查理定律炎熱的夏天，給汽車輪胎充氣時，一般都不充得太足(如圖所示)；給自行車輪胎打氣時，也不能打得太足．這是什么原因呢？給輪胎充氣[提示]輪胎體積一定，由查理定律知，氣體壓強與熱力學溫度成正比，當輪胎打足氣后，溫度升高車胎內(nèi)壓強增大，車胎易脹破．1．查理定律的適用條件壓強不太大，溫度不太低的情況．當溫度較低，壓強較大時，氣體會液化，定律不再適用．2．公式變式由eq\f(p1,T1)＝eq\f(p1＋Δp,T1＋ΔT)得eq\f(p1,T1)＝eq\f(Δp,ΔT)或Δp＝eq\f(ΔT,T1)p1，ΔT＝eq\f(Δp,p1)T1.3．等容線(1)p-T圖像．①意義：反映了一定質(zhì)量的氣體在等容變化中，壓強p與熱力學溫度T成正比．②圖像：過原點的傾斜直線．③特點：斜率越大，體積越?。?2)p-t圖像．①意義：反映了一定質(zhì)量的氣體在等容變化中，壓強p與攝氏溫度t的線性關(guān)系．②圖像：傾斜直線，延長線與t軸交點為－273.15℃.③特點：連接圖像中的某點與點(－273.15℃，0)連線的斜率越大，體積越小．【典例1】有人設計了一種測溫裝置，其結(jié)構(gòu)如圖所示，玻璃泡A內(nèi)封有一定量氣體，與A相連的B管插在水槽中，管內(nèi)水銀面的高度x即可反映泡內(nèi)氣體的溫度，即環(huán)境溫度，并可由B管上的刻度直接讀出．設B管的體積與A玻璃泡的體積相比可忽略不計．在1標準大氣壓下對B管進行溫度刻度(1標準大氣壓相當于76cmHg的壓強，等于101kPa)．已知當溫度t1＝27℃時，管內(nèi)水銀面高度x＝16cm，此高度即為27℃的刻度線，問t＝0℃的刻度線在何處？[思路點撥](1)由熱力學溫度T＝t＋273.15，粗略可用T＝t＋273；(2)因B管的體積與A玻璃泡的體積相比可以忽略不計，所以是等容變化過程．[解析]選玻璃泡A內(nèi)的一定量的氣體為研究對象，由于B管的體積可略去不計，溫度變化時，A內(nèi)氣體經(jīng)歷的是一個等容過程．玻璃泡A內(nèi)氣體的初始狀態(tài)：T1＝300K，p1＝(76－16)cmHg＝60cmHg；末態(tài)，即t＝0℃的狀態(tài)：T0＝273K.由查理定律得p＝eq\f(T0,T1)p1＝eq\f(273,300)×60cmHg＝54.6cmHg.所以t＝0℃時水銀面的高度，即刻度線的位置是x0＝(76－54.6)cm＝21.4cm.[答案]21.4cm利用查理定律解題的一般步驟(1)確定研究對象，即被封閉的氣體．(2)分析被研究氣體在狀態(tài)變化時是否符合定律成立條件，即質(zhì)量和體積是否保持不變．(3)確定初、末兩個狀態(tài)的溫度、壓強．(4)按查理定律公式列式求解，并對結(jié)果進行必要的討論．eq\o([跟進訓練])1．有一上端開口、豎直放置的玻璃管，管中有一段15cm長的水銀柱將一些空氣封閉在管中，如圖所示，此時氣體的溫度為27℃.當溫度升高到30℃時，為了使氣體體積不變，需要再注入多少水銀？(設大氣壓強為p0＝75cmHg且不變，水銀密度ρ＝13.6g/cm3)[解析]設再注入的水銀柱長為xcm，以封閉在管中的氣體為研究對象，氣體做等容變化．初態(tài)：p1＝p0＋15cmHg＝90cmHg，T1＝(273＋27)K＝300K，末態(tài)：p2＝(90＋x)cmHg，T2＝(273＋30)K＝303K，由查理定律eq\f(p2,T2)＝eq\f(p1,T1)得eq\f(90＋x,303)＝eq\f(90,300)，解得x＝0.9，則注入水銀柱的長度為0.9cm.[答案]0.9cm考點2蓋-呂薩克定律相傳三國時期著名的軍事家、政治家諸葛亮被司馬懿困于平陽，無法派兵出城求救．就在此關(guān)鍵時刻，諸葛亮發(fā)明了一種可以升空的信號燈——孔明燈，并成功進行了信號聯(lián)絡，其后終于順利脫險，試論述孔明燈能夠升空的原理．[提示]孔明燈是利用火焰的熱量使容器內(nèi)的氣體等壓膨脹，使部分氣體從孔明燈內(nèi)溢出，進而使孔明燈內(nèi)氣體的質(zhì)量減小，當大氣對孔明燈的浮力恰好等于孔明燈的重力時，即達到孔明燈升空的臨界條件，若繼續(xù)升溫，孔明燈就能升空了．1．蓋-呂薩克定律的適用范圍壓強不太大，溫度不太低．原因同查理定律．2．公式變式由eq\f(V1,T1)＝eq\f(V1＋ΔV,T1＋ΔT)得eq\f(V1,T1)＝eq\f(ΔV,ΔT)，所以ΔV＝eq\f(ΔT,T1)V1，ΔT＝eq\f(ΔV,V1)T1.3．等壓線(1)V-T圖像．①意義：反映了一定質(zhì)量的氣體在等壓變化中體積與熱力學溫度T成正比．②圖像：過原點的傾斜直線．③特點：斜率越大，壓強越小．(2)V-t圖像．①意義：反映了一定質(zhì)量的氣體在等壓變化中體積與攝氏溫度t成線性關(guān)系．②圖像：傾斜直線，延長線與t軸交點為－273.15℃.③特點：連接圖像中的某點與點(－273.15℃，0)，連線的斜率越大，壓強越小．【典例2】如圖甲是一定質(zhì)量的氣體由狀態(tài)A經(jīng)過狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C的V-T圖像，已知氣體在狀態(tài)A×105Pa.甲乙(1)說出A→B過程中壓強變化的情形，并根據(jù)圖像提供的信息，計算圖中TA的值．(2)請在圖乙所示坐標系中，作出由狀態(tài)A經(jīng)過狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C的p-T圖像，并在圖像相應位置上標出字母A、B、C．如果需要計算才能確定有關(guān)坐標值，請寫出計算過程．[思路點撥](1)在根據(jù)圖像判斷氣體的狀態(tài)變化時，首先要確定橫、縱坐標表示的物理量，其次根據(jù)圖像的形狀判斷各物理量的變化規(guī)律．(2)在氣體狀態(tài)變化的圖像中，圖線上的一個點表示一定質(zhì)量氣體的一個平衡狀態(tài)，一個線段表示氣體狀態(tài)變化的一個過程．[解析](1)由圖像可知A→B為等壓過程，根據(jù)蓋-呂薩克定律可得eq\f(VA,TA)＝eq\f(VB,TB)，所以TA＝eq\f(VA,VB)TB＝eq\,0.6)×300K＝200K.(2)根據(jù)查理定律得eq\f(pB,TB)＝eq\f(pC,TC)，pC＝eq\f(TC,TB)pB＝eq\f(400,300)pB＝eq\f(4,3)pB＝eq\f(4,3)pA＝eq\f(4,3)××105×105Pa.則可畫出由狀態(tài)A→B→C的p-T圖像如圖所示．[答案](1)壓強不變200K(2)見解析(1)從圖像中的某一點(平衡狀態(tài))的狀態(tài)參量開始，根據(jù)不同的變化過程．先用相對應的規(guī)律計算出下一點(平衡狀態(tài))的狀態(tài)參量，逐一分析計算出各點的p、V、T.(2)根據(jù)計算結(jié)果在圖像中描點，連線作出一個新的圖線，并根據(jù)相應的規(guī)律逐一檢查是否有誤．(3)圖像特點：p-eq\f(1,V)圖像、p-T圖像、V-T圖像在原點附近都要畫成虛線．eq\o([跟進訓練])2．如圖甲所示，豎直放置的氣缸內(nèi)壁光滑，活塞厚度與質(zhì)量均不計，在B處設有限制裝置，使活塞只能在B以上運動，B以下氣缸的容積為V0，A、BV0.開始時活塞在A處，溫度為87℃，大氣壓強為p0，現(xiàn)緩慢降低氣缸內(nèi)氣體的溫度，直至活塞移動到A、B的正中間，然后保持溫度不變，在活塞上緩慢加沙，直至活塞剛好移動到B，然后再緩慢降低氣缸內(nèi)氣體的溫度，直到－3℃.求：甲乙(1)活塞剛到達B處時的溫度TB；(2)缸內(nèi)氣體最后的壓強p；(3)在圖乙中畫出整個過程的p-V圖線．[解析](1)緩慢降低汽缸內(nèi)氣體的溫度，使活塞移到A、B的正中間，此過程是等壓過程：由蓋-呂薩克定律eq\f(VA,TA)＝eq\f(V′,T′)，代入數(shù)據(jù)eq\V0,360)＝eq\V0,T′)，得T′＝330K.然后保持溫度不變，在活塞上緩慢加沙，直至活塞剛好移動到B，這個過程是等溫過程，故活塞剛到達B處時的溫度TB＝330K.(2)保持溫度不變，在活塞上加沙，直至活塞剛好移動至B，這個過程是等溫過程：根據(jù)玻意耳定律有，p0×V0＝p1×V0，解得p1p0，再接下來的等容過程，根據(jù)查理定律有：eq\p0,330)＝eq\f(p,270)，解得pp0.(3)整個過程的p-V圖線如圖所示．[答案]p0(3)見解析1．物理觀念：查理定律，蓋-呂薩克定律及p-T，V-T圖像．2．科學思維：應用定律和圖像解釋相關(guān)問題及計算．3．科學方法：實驗法、圖像法、控制變量法、計算法等．1．對于一定質(zhì)量的氣體，在體積不變時，壓強增大到原來的2倍，則氣體溫度的變化情況是()A．氣體的攝氏溫度升高到原來的2倍B．氣體的熱力學溫度升高到原來的2倍C．氣體的攝氏溫度降為原來的一半D．氣體的熱力學溫度降為原來的一半B[一定質(zhì)量的氣體體積不變時，壓強與熱力學溫度成正比，即eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)，所以T2＝eq\f(p2,p1)·T1＝2T1，選項B正確．]2．(多選)圖中描述一定質(zhì)量的氣體做等容變化圖線的是()ABCDCD[由查理定律知，一定質(zhì)量的氣體，在體積不變時，其壓強和熱力學溫度成正比，選項C正確，A、B錯誤；在p-t圖像中，直線與橫軸的交點表示熱力學溫度的零度，選項D正確．]3．如圖所示為0.3mol的某種氣體的壓強和溫度關(guān)系的p-T圖線．p0表示標準大氣壓，則在狀態(tài)B時氣體的體積為()A．5.6L B．3.2LC．1.2L D．8.4LD[此氣體在0℃×0.3L＝6.72L，根據(jù)圖線所示，從0℃到A狀態(tài)的127℃，氣體是等容變化，則A狀態(tài)的體積為6.72L．從A狀態(tài)到B狀態(tài)是等壓變化，A狀態(tài)的溫度為127K＋273K＝400K，B狀態(tài)的溫度為227K＋273K＝500K，根據(jù)蓋-呂薩克定律eq\f(VA,TA)＝eq\f(VB,TB)，得VB＝eq\f(VATB,TA)＝eq\×500,400)L＝8.4L，D項正確．]4．(多選)各種卡通形狀的氫氣球，受到孩子們的喜歡，特別是年幼的小孩，若小孩一不小心松手，氫氣球會飛向天空，上升到一定高度會脹破，關(guān)于其脹破的原因下列說法中正確的是()A．球內(nèi)氫氣溫度升高B．球內(nèi)氫氣壓強增大C．球內(nèi)氣體體積增大D．球內(nèi)外的壓力差超過